CN104849619A - 一种动态谐波源定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种动态谐波源定位方法，所述方法包括：(1)电网中固定同步测量网络及可观性分析；(2)根据共享移动测量装置原则，确定移动测量点的位置及数量；(3)构建固定测量网络和移动测量网络；(4)基于所述移动测量网络的谐波进行状态估计；(5)调整移动测量点位置，重构移动测量网络；(6)基于移动测量网络的分层分块渐进定位；(7)定位谐波源，得到电网中谐波源的整体分布。本发明根据谐波源的分布和变化，重构移动测量网络，以最少测量点实现对全网的监测。提出基于网架结构的谐波源分层分块渐进定位方法，从电网的最高等级电压电网开始判断谐波的分布位置，继续往下一级电网寻找谐波源，直到定位到谐波源点。
Description
技术领域
本发明涉及一种定位方法，具体涉及一种动态谐波源定位方法。
背景技术
随着我国电网规模的不断扩大，智能电网建设工程的不断推进，除电网运行的安全稳定性外，电网的电能质量问题也越来越受到关注。随着近年来大量分布式能源接入电网，以电动汽车为代表的各类新负荷出现，及电网中大量电力电子设备应用，使得电网中谐波问题越来越突出，已成为影响电网电能质量的重要因素。
如何治理谐波，首要的问题是进行谐波源的准确定位。当前的方法往往直接针对电网中一些可能存在的谐波源点进行定点监测，这种方法过度依赖于经验，监测范围过小，对全网谐波监测不能提供一种合理的原则。状态估计法是一类较好的方法，通过在全网中布置监测点，进行谐波状态估计，得到谐波电压、电流分布，计算出谐波功率，判断谐波源。目前的状态估计法，基本上沿袭了常规电网状态估计法，要计算各次谐波，每次谐波电网参数都不一样，计算量过大，且需要布置大量的同步测量点。实际电网中谐波源的存在空间不是固定不变的，时间上也在动态变化，如果应用常规的电网状态估计法，需要布置大量的测量点，保证电网的可观性。如何结合谐波分布特点，根据当前电网中同步测量装置的配置，合理增加最少同步测量点配置，进行谐波状态估计，减小计算量，是本发明要解决的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种动态谐波源定位方法，本发明根据谐波源的分布和变化，重构移动测量网络，以最少测量点实现对全网的监测。提出基于网架结构的谐波源分层分块渐进定位方法，从电网的最高等级电压电网开始判断谐波的分布位置，继续往下一级电网寻找谐波源，直到定位到谐波源点。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一种动态谐波源定位方法，所述方法包括如下步骤：
(1)电网中固定同步测量网络及可观性分析；
(2)根据共享移动测量装置原则，确定移动测量点的位置及数量；
(3)构建固定测量网络和移动测量网络；
(4)基于所述移动测量网络的谐波进行状态估计；
(5)调整移动测量点位置，重构移动测量网络；
(6)基于移动测量网络的分层分块渐进定位；
(7)定位谐波源，得到电网中谐波源的整体分布。
所述步骤(1)根据电网中已安装的同步测量点，分析电网的可观性，基于量测可观性理论，安装了同步测量装置的节点和连接该节点的节点为可观。
所述共享移动测量装置原则为设区域A内移动测量装置达到所述区域A的每个测量点的平均时间为T，所述区域A内的移动测量装置到达邻近区域B的测量点的时间为t，若T>t,则所述区域A和所述区域B共享移动测量装置。
所述步骤(4)进行多次状态估计确定电网中的谐波源分布，状态估计包括如下步骤：
A、对电网进行化简等值，将每个区域等效成一个点，这些区域之间通过联络线形成电能输送断面；
B、将移动测量装置对所在区域采集的数据和时标地点标签通过北斗卫星的短报文功能传送到数据中心；
C、数据中心对等值电网进行状态估计，通过所述电能输送断面上谐波功率的流向，确定谐波源所在点，即确定谐波源在电网中的区域。
所述步骤(5)针对谐波所在区域进一步确定谐波所在具体位置，需调整移动测量装置的位置，重构移动测量网络。
所述步骤(5)根据现有的固定测量装置分布情况，确定移动测量装置所要进行的移动路径，移动测量网络重构时间的计算如下：
设每个移动测量装置的实际移动路径为L，根据路况设定影响系数K，移动速度为v，则移动时间基于电网中的地理信息系统，计算各个移动测量装置到达目标的时间，最长的移动时间即为本次移动测量网络重构的时间。
所述步骤(6)根据联络线上的功率流向逐步缩小谐波源所在位置，由于有功功率流向是从谐波源流向电网的各个部位，因此根据节点吸收功率的方向即功率流进节点的方向追踪下一级节点，对多个区域存在谐波源的情况进行并行处理，即对每个区域都分别进行基于移动测量网络的分层分块渐进定位。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明从谐波源的空间随机性分布及时间上动态变化特点出发，提出基于北斗的移动测量系统的构建原则，根据谐波源的分布和变化，重构移动测量网络，以最少测量点实现对全网的监测。
本发明从电网的分层、分区的结构特点出发，提出基于网架结构的谐波源分层分块渐进定位方法，从电网的最高等级电压电网开始判断谐波的分布位置，继续往下一级电网寻找谐波源，直到定位到谐波源点。
本发明中不针对全网所有节点进行状态估计，通过多次改变移动测量网络，每次针对某一区域进行状态估计，使得谐波状态估计的计算量大大减少，计算结果精度也更高。
附图说明
图1是本发明的一种动态谐波源定位方法的流程图
图2是本发明的电网分层图
图3是本发明的电网网架模型示意图
图4是本发明的北斗星与测量车和数据中心的交互图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种动态谐波源定位方法的具体步骤如下：
1、电网中固定同步测量网络及可观性分析
根据电网中已安装的同步测量点，分析电网的可观性，当前电网中的同步测量装置PMU安装数量还不足以进行电网的状态估计，还需结合SCADA系统。根据电网中已有的PMU分布，找出电网中的不可观区域，确定电网全可观所需的同步测量点数目。将电网进行等效化简成如图2所示，将电网分成n个分区，如图3所示，假设1和7有固定安装的PMU测量装置，则要使全网可观，还需要4个测量装置。
2、根据共享移动测量装置原则，确定移动测量点的位置及数量
根据已有的PMU分布，结合电网的分层分区特点，确定谐波源所在区域还需安装的PMU位置及数量。进一步确定不同区域中谐波源定位所需的PMU位置及数量，实际电网中不同的区域进行状态估计所需的同步测量点数量不一样。基于当前PMU分布位置及数量，根据谐波源定位要求，可确定移动PMU的分布位置及数量。
共享移动测量装置原则是假定电网分为n个分区，每个分区内需布置N1，N2……Nn个移动PMU测量点。设分区A内移动测量装置达到每个测量点的平均时间为Tav，该区域内移动测量装置到达邻近区域B内测量点的时间为t，如果t＜Tav，则邻近区域B测量点可共享区域A内移动测量装置，可大大减少移动测量装置。如图2所示，A4区域的平均时间Tav为1分钟，A4区域内测量装置到达邻近区域A5的测量点为40秒，则A4可以和A5共享移动测量装置。
步骤2.1，对电网进行分区如图3，逐步对每个区进行可观性分析，找出每个区的不可观区域。经过分析，8、13、14、5、6、9、10这7个点不可观。
步骤2.2，对不可观区域进行分析，这里PMU配置点是其点电压相量和旁边支路的电流相量是直接测量量，旁边节点的电压相量是间接测量量。根据这样的原则的用少的PMU配置得到最大的可观。
通过上述分析，可以确定使全网可观需要在2、4、3、12这4个点安装PMU,但是由于移动测量车的灵活性，以及上面所说的移动测量装置共享原则，我们不一定要在这4个点全部安装，可以根据谐波源的位置灵活配置。
3、构建固定测量网络和移动测量网络
根据固定PMU布局，进一步优化移动PMU布局，分析固定、移动PMU构建测量网络的适应性，即在不同谐波源的分布下移动测量点能否很好的配合固定测量点进行状态估计。针对不同的谐波源分布空间及动态变化情况下，分析移动PMU改变位置及移动路径，以最少移动PMU点保证谐波状态的可观性。针对图3，根据功率流向，谐波源只在3-7-12-13这条支路上，所以我们可只需要把移动测量车移动到3和12这两个节点上，配合固定的1、7节点，便可以使谐波源得到确定。
4、基于所述移动测量网络的谐波进行状态估计；
测量网络不是固定不变，而是根据谐波的分布及变化情况进行改变，需进行多次状态估计才能确定电网中的谐波源分布位置，具体实施方法如下：
步骤4.1，根据电网的分层分区特点，对电网进行化简等值，将每个分区等效成一个点，如图2所示，这些区域之间联络线形成电能输送断面。区域A1…An之间相互独立，都只与A0连接，如图4所示，通过移动测量车对所在的区域的数据进行采集打上时标地点等标签后通过北斗卫星的短报文功能把数据传送至数据中心，数据中心对等值电网进行状态估计，通过判断输送断面上谐波功率的流向就可判断谐波源所在点，确定谐波源在电网中哪个分区之中；如果有两个同级区域之间有联络线分开判别不好判断，则可以把这两个区域当作一个大区域进行判断，然后再分开判断。如图2所示对电网进行了分区分层得到，观测功率流向，发现谐波功率是从A4这个大区域方向流过来的于是确定A4这个大区域。
步骤4.2，根据谐波所在的区域，，进一步对该区域进行分区，数据中心通过北斗卫星下达命令对移动测量网络在下一个区域，按照4.1分析步骤进一步确定谐波存在于下一级电网中哪个区域之中。在图2中确定了A4这个大区域后，在对A4进行分层分块得到图3所示结构，根据谐波功率的流向，谐波有功功率从哪里流来就追踪哪个区域，来继续确定下一级电网到最终找到谐波源，于是寻找路径就是从区域1-3-7-12-13，最终追踪到13这个区域。
5、调整移动测量点位置，重构移动测量网络；
针对谐波所在区域进一步确定谐波所在具体位置，需要调整移动测量点位置，重构移动测量网络。根据某个电网分区的谐波状态估计要求，基于该区域当前估计同步测量点，确定移动测量点的位置及数量，即移动测量网络的移动目标，进行估算，得出使网络全可观的，移动测量点需要怎么布置，根据现有的移动测量点的分布情况，确定移动测量点所要进行的移动路径网络。计算每个移动测量点的实际移动路径L0，根据路况设定影响系数K，则移动时间其中v为移动速度。基于GIS(Geographic InformationSystem，地理信息系统)系统，考虑移动时间最短，同时兼顾移动路径总距离，确定最优移动路径方案。图3中假设固定测量点在1、7，移动测量点在2、4上，这时由于由固定测量点1测得的功率方向确定在3这个方向，可以把2移动到3,4移动到12进行移动网络重构。设此时从2-3的距离为2000m，影响系数K为1.2，移动速度为10m/s,则2-3的移动时间为240s。同理对4-12，距离为4000m，影响系数K为1.3，移动速度为10m/s,则移动时间为520s，此时系统重构所需要的时间为520s，这样根据谐波源的位置重构移动测量网络，可以针对现有的谐波源进行精确量测，还可以对重构的速度进行评估。
6、基于移动测量网络的分层分块渐进定位；
确定谐波源的所在区域，基于步骤6中移动测量网络的重构原则和方法，对电网中可能存在的谐波源区域进行分区分层，分层分区如图3所示，电网呈现一个树型结构，，进一步确定谐波源所在位置的下一层区域，根据联络线上的功率流向逐步缩小谐波源所在位置，一般有功功率流向是从谐波源流向电网的各个部位，所以可以根据节点吸收功率的方向即功率流进节点的方向去追踪下一级节点。在图3中的寻找路径就是从区域1-3-7-12-13。对多个区域都可能存在谐波源的情况进行并行处理，即对每个区域都分别进行基于移动测量网络的分层分块渐进定位，可加快处理速度。
7、定位谐波源，得到电网中谐波源的整体分布。
根据每个区域的分层分块渐进定位，每对一个区域进行谐波状态估计，就进行一次移动同步测量网络的重构基于经过多次移动测量网络的状态估计，确定每个区域中最终谐波源的位置，得到全网中谐波源的分布。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种动态谐波源定位方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)电网中固定同步测量网络及可观性分析；
(2)根据共享移动测量装置原则，确定移动测量点的位置及数量；
(3)构建固定测量网络和移动测量网络；
(4)基于所述移动测量网络的谐波进行状态估计；
(5)调整移动测量点位置，重构移动测量网络；
(6)基于移动测量网络的分层分块渐进定位；
(7)定位谐波源，得到电网中谐波源的整体分布。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(1)根据电网中已安装的同步测量点，分析电网的可观性，基于量测可观性理论，安装了同步测量装置的节点和连接该节点的节点为可观。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(2)共享移动测量装置原则为设区域A内移动测量装置达到所述区域A的每个测量点的平均时间为T，所述区域A内的移动测量装置到达邻近区域B的测量点的时间为t，若T>t,则所述区域A和所述区域B共享移动测量装置。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(4)进行多次状态估计确定电网中的谐波源分布，状态估计包括如下步骤：
A、对电网进行化简等值，将每个区域等效成一个点，这些区域之间通过联络线形成电能输送断面；
B、将移动测量装置对所在区域采集的数据和时标地点标签通过北斗卫星的短报文功能传送到数据中心；
C、数据中心对等值电网进行状态估计，通过所述电能输送断面上谐波功率的流向，确定谐波源所在点，即确定谐波源在电网中的区域。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(5)针对谐波所在区域进一步确定谐波所在具体位置，需调整移动测量装置的位置，重构移动测量网络。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述步骤(5)根据现有的固定测量装置分布情况，确定移动测量装置所要进行的移动路径，移动测量网络重构时间的计算如下：设每个移动测量装置的实际移动路径为L，根据路况设定影响系数K，移动速度为v，则移动时间基于电网中的地理信息系统，计算各个移动测量装置到达目标的时间，最长的移动时间即为本次移动测量网络重构的时间。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(6)根据联络线上的功率流向逐步缩小谐波源所在位置，由于有功功率流向是从谐波源流向电网的各个部位，因此根据节点吸收功率的方向即功率流进节点的方向追踪下一级节点，对多个区域存在谐波源的情况进行并行处理，即对每个区域都分别进行基于移动测量网络的分层分块渐进定位。
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